为了减少由于橡胶促进剂2-巯基苯并噻唑（MBT）掺假而导致橡胶制品质量不过关的问题, 提出利用太赫兹时域光谱技术对MBT的有效含量进行定量研究。利用太赫兹透射测量得到MBT和聚乙烯混合物在0.3THz~1.4THz的吸收特征谱, 提出了一种基于最小二乘支持向量回归（LS-SVR）的MBT定量检测模型, 将LS-SVR模型分别与偏最小二乘模型和支持向量机回归模型进行比较, 得到模型预测集均方根误差分别为1.1330%, 2.5583%和2.3869%。结果表明, LS-SVR的定量模型可取得更好的效果, 其精度更高, 稳定性更好。本研究为MBT定量检测提供了新的快速且有效的方法。

谐振式压力微传感器因其高精度、高稳定性及准数字输出等特性而广泛应用于气压监测、航空航天等领域。相较于其他结构, 差分谐振式具有灵敏度高、线性度好及温度漂移小等优势。然而, 要获得差分谐振式压力微传感器的最优性能, 仍需解决差分谐振梁灵敏度不匹配的问题。在仿真与实验的基础上, 对差分谐振式压力微传感器的灵敏度匹配特性进行了相关研究。根据研究结果, 对传感器的结构参数进行了优化设计。两谐振梁的设计灵敏度为±46 Hz/kP, 实验结果显示中心梁的实际灵敏度为45 Hz/kPa, 边梁的实际灵敏度为-44 Hz/kPa, 差分输出的线性度高达0.999 999 9。

针对传统电化学地震传感器的加工工艺成本高、一致性差等问题,设计了一种新的平面电极型微机电系统(MEMS)电化学地震传感器结构.建立了平面电极型MEMS电化学地震传感器的计算模型,通过Comsol多场耦合数值模拟分析方法,对影响传感器的结构参数如:电极宽度、电极间距、流道高度等进行了计算和优化.采用MEMS表面工艺和准LIGA工艺,制备了平面电极型MEMS电化学地震传感器.最后,与采用传统方法精密加工的MET2003器件进行了频率响应和微震动的对比测试.实验结果表明:与MET2003器件相比,平面电极型MEMS电化学地震传感器的带宽从1 Hz扩展到了30 Hz,两种器件的采集结果具有很好的相关性和一致性,相关系数为0.887,在1 Hz处的噪声低于120 dB.

针对深部油气勘探的需要, 研制了基于微机电系统(MEMS)的宽带电化学地震检波器。仿真分析了影响该检波器频带的结构参数, 并对其MEMS实现及封装方法进行了研究。利用有限元软件分析绝缘层厚度和阴极孔径对检波器幅频特性的影响, 得到了优化的几何参数。基于仿真结果, 利用MENS工艺加工硅基的Pt电极和Su-8的绝缘层, 然后用物理紧固的方法进行器件封装。最后, 分别在水平振动台和基岩上进行了检波器的性能测试和微震监测实验。实验结果表明: 无需进行频率补偿, 由20 μm孔径阴极和200 μm厚绝缘层封装的器件的频带可扩展到3~90 Hz, 低频扩展到60 S的补偿额度小于30 dB, 检波器的动态范围不小于130 dB。实验显示: 这种改进的检波器可以作为宽带地震检波器用于深部或海底的油气勘探。

为了提高传感器的品质因数，有效保护谐振器，提出了一种基于绝缘体上硅（SOI）-玻璃阳极键合工艺的谐振式微电子机械系统（MEMS）压力传感器的制作及真空封装方法。该方法采用反应离子深刻蚀技术（DRIE），分别在SOI晶圆的低电阻率器件层和基底层上制作H型谐振梁与压力敏感膜；然后，通过氢氟酸缓冲液腐蚀SOI晶圆的二氧化硅层释放可动结构。最后，利用精密机械加工技术在Pyrex玻璃圆片上制作空腔和电连接通孔，通过硅-玻璃阳极键合实现谐振梁的圆片级真空封装和电连接，成功地将谐振器封装在真空参考腔中。对传感器的性能测试表明：该真空封装方案简单有效，封装气密性良好；传感器在10 kPa~110 kPa的差分检测灵敏度约为10.66 Hz/hPa,线性相关系数为0.99 999 542。

为了提高压力传感器的精度并抑制温漂, 提出了一种基于自停止腐蚀技术的“H”型双端固支梁、电磁激励、差分检测的微机械(MEMS)谐振式压力传感器。首先, 通过有限元分析仿真优化了传感器的机械参数, 得到了较高的灵敏度和分辨率。然后, 基于浓硼扩散自停止腐蚀原理, 采用MEMS体硅标准工艺加工出一致性较好的传感器样品。最后, 采用非光敏BCB, 在真空高温高压条件下将硅片与谐振器黏和键合完成了传感器的真空封装, 并设计了应力隔离的后封装方法以降低温漂。实验结果表明:传感器的检测范围为0~120 kPa, 满量程非线性度低于0.02%, 准确度达到0.05% FS, 加入应力隔离后在-40~70 ℃的温度漂移不高于0.05%/℃。该传感器能够实现大量程高精度的压力测量, 有效地抑制了温漂, 具有较高的性能指标。

为了简化电容式振动环陀螺仪的制作方法，进一步提高成品率，提出了一种结合反应离子深刻蚀(DRIE)与阳极键合的陀螺仪制备方法。分析了振动环陀螺的工作原理，指出了传统工艺存在的缺陷；对该制作方法所采用的工艺流程进行了详细设计，分析了不同工艺参数对陀螺仪性能的影响，并依据分析和实验结果改进了工艺流程和参数。最后,采用该方法制作了振动环式微机械陀螺仪并进行了测试。实验结果表明，采用该方法能成功制作电容间隙为3 μm、厚度为80 μm的振动环式陀螺仪微结构。与传统的制作方法相比，工艺流程大为简化，掩模板数量从7块减少到2块，满足器件性能可靠、工艺简单、成品率高的要求。

为改进振动环陀螺的模态匹配并提高其品质因数,设计了一种采用全对称结构实现模态匹配的电磁式微机械振动环陀螺。通过理论推导,建立了陀螺灵敏度和机械噪声的数学模型,分析了陀螺参数对灵敏度及分辨力的影响。采用(100)晶向的单晶硅及工艺简单,无需键合的MEMS体硅标准工艺加工了陀螺样片。器件频率响应实验结果表明,所设计的振动环陀螺驱动模态和检测模态频率之差＜0.5 Hz,大气压下品质因数约为500,在1 Pa的低真空下可达14 000。锁相放大器测试结果表明,在-200~200 °/s,陀螺分辨力为0.05 °/s,灵敏度为0.2 μV/(°/s)。测试结果表明该陀螺能够实现模态匹配和较高的品质因数,具有较高的性能指标。

为了减小振动环驱动模态和检测模态的频率差从而提高陀螺性能,提出了一种采用电磁驱动、电磁检测的全对称振动环陀螺结构。采用MEMS体硅工艺完成该微机械振动环陀螺的加工,其结构在保持镜像对称的同时,还保持了中心对称,因此整个结构高度对称,有利于减小模态频率差。为有效跟踪陀螺驱动模态的谐振频率并稳定驱动模态的幅值,设计了闭环驱动控制电路。该电路由低噪声前置放大器、相位调整环节以及自动增益放大器(VGA)组成。测试结果表明,该陀螺两个模态频率差为0.27 Hz ,实现了频率较好的匹配。在±200°/s ,测得陀螺灵敏度为8.9 mV/(°/s) ,分辨力为0.05°/s ,非线性度为0.23%。